JPH04172407A - 光カプラおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、光フアイバ通信等での利用価値が高い、入出
射端末が光ファイバで形成された光フアイバ型のカプラ
に関するものである。

【従来の技術】

光フアイバ通信においては、光源から出射された光や、
ファイバ中を伝搬する光を、分岐したり、合流したり、
分波したり、合波したりする技術が非常に重要である。 ここで、分岐、合流という表現は、光の波長とは無関係
に複数の光を分けたり、重ね合わせて特定の方向に流す
ことを言う。また、分波、合波という言葉は、異なる波
長の光を複数扱うときに用いており、分波は複数の波長
の光が存在する光ビームの中から特定波長の光を取り出
すときに、合波は複数の波長の光を一つの光ビームにま
とめるときに用いる。分岐、合流、分波、合波技術は、
光フアイバ通信に限るものではないが、光フアイバ通信
では伝搬する光を出来る限り外に出さないで処理するこ
とが望まれている。すなわち、光ファイバを伝搬してい
る光を一旦外に出すと、再び光フアイバ中に入射するに
は、レンズなどの光学系を使用することか必要となり、
このとき結合損が生じる。また、様々な光学系の表面で
は、通常、光の反射が生じるので、不必要な光が、逆方
向に戻って行ったりする。この逆行した光は光源、たと
えばレーザダイオードの動作状態を不安定にしたりする
。これらの観点から、光フアイバ中の光をなるべくファ
イバ外に出さずに処理する必要が生じる。 このような条件を満しつつ光の分岐、合流、分波、合波
を行う素子として、基板型導波路と光フアイバカプラの
二つがある。 ひとつの方式である基板型導波路は、第１８図に示すよ
うに、平板状のガラス基板１に光をガイドできる屈折率
の高い領域（コア）からなる導波路２．２を形成したも
のである。しがし、この基板型導波路は、導波路２を作
製する時にどのような光学的特性が得られるかをモニタ
ーすることができないので、いわば盲で製造することに
なる。これを補うには、設計、製造段階で非常に高精度
な技術が必要となる。このような光を導く導波路２と電
子を導く回路との違いは、導波路２の場合、その大きさ
、屈折率、導波路２，２の相互間距離などに非常に高い
精度が要求されることである。 すなわち、電子回路ではある程度回路の寸法幅に誤差が
あっても電気的につながっていればよいので許容幅が大
きいが、光を導く導波路２回路では、光が伝搬するコア
部の寸法変化が回路の特性を損なうことになるからであ
る。また、基板型先導波路では、導波路２の曲がりによ
って伝送損失が増大するので、あまり大きな曲率で導波
路２の形状を設定することはできない。このため基板型
先導波路は小型化しにくい。 他方の方式である光ファイバカプラは、前記基板型導波
路のような問題はない。光フアイバカプラには、いろい
ろなタイプがあるが最も量産されているのは、融着延伸
型の光フアイバカプラである。このタイプの光カプラは
第１９図に示すように、２本の光ファイバ４を互いに添
わせた後、適当な熱源、例えば水素ガスバーナ５でもっ
て融着し、更に、軸方向に引っ張って延伸する。結果と
して、光ファイバ４のコアは融着延伸部で細められ、コ
ア中を伝搬する光は、融着延伸部７でクラッドに多量に
しみ出すようになる。この結果、二つのコアの伝搬モー
ド間に電磁的な結合か生じてカプラとしての作用をなす
ようになる。この融着延伸型の光ファイバカプラは光フ
ァイバの種類によって、様々なカプラ、例えば、単一モ
ートファイバカプラ、多モードファイバカプラ、偏波保
持ファイバカプラなどに分類されるが、現在の光フアイ
バ通信では単一モードファイバが主流となっているため
、この光フアイバカプラも単一モードファイバカプラが
主流となっている。

【発明が解決しようとする課題】

ところでこのような融着延伸型ファイバカプラにおいて
は、下記■、■、■の問題がある。 ■　融着延伸型光ファイバカプラでは、融着延伸された
部分が最初の光フアイバ外径の３分の１〜５分の１程度
に細くなる。この結果、光フアイバカプラは、曲がりゃ
すく、引っ張り強度の点でも弱いものとなる。このため
十分な補強が必要であるが、前述のように曲がり易いた
め、補強する工程でも格別の注意が要求される。 ■　光ファイバ４を２本組み合わせたカプラは、比較的
容易に作製できるが、３本以上の光ファイバ４の間で同
時に結合を起こさせる光ファイバカプラの作製は容易で
はない。具体的には、第２０図に示すようなＭＸＮ型ス
ターカプラ８を融着延伸法で一度に作るのは難しい。こ
のため例えば、８×８スターカプラでは、第２１図に示
すように、複数個の２×２光フアイバカプラ６を接続し
て目的を達する。ここで使用した２×２光フアイバカプ
ラ６は、使用波長での分岐比が５０％対５０％のもので
ある。しかし、８×８カプラを現実するためには１２個
の２×２カプラ６が必要であり、もし、１２８ｘ１２Ｂ
スターカプラを現実するには、４４８個という多数の２
×２カプラ６が必要となり、スターカプラが複雑化、大
型化してしまう。 ■　融着延伸型光ファイバカプラは、特性に優れたもの
が容易に出来ることが知られているが、量産の観点から
は不十分である。量産性の向上を目的として、第２２図
に示すように、２本のファイバ４を−組みとして、複数
対のファイバ４を同時に加熱融着延伸する方法が提案さ
れているが、実際には、複数対の光ファイバ４を同一の
条件で加熱融着延伸することは容易ではない。 この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、■強度的
に優れ、曲がりも受けにくい光カプラを提供すること、
■ＭＸＮ型光カプラを容易に製造できるようにすること
、■光カプラの量産性を向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

この発明の光カプラは、複数の光ファイバが融着延伸部
で一体化されてなるカプラ本体が、少なくとも融着延伸
部で、光ファイバのクラッドの屈折率よりも低い屈折率
を有するガラス丸棒の表面に融着一体化されたものであ
る。 このガラス丸棒の表面にはカプラ本体を複数設けても良
い。このように複数のカプラ本体を設ける場合、カプラ
本体間には隙間を設けたり、その隙間に光ファイバのク
ラッド屈折率よりも低いガラスを埋め込むと良い。 この発明の光カプラは、構造パラメータが実質的に同一
の光ファイバのみで構成されても、構造パラメータか異
なる光ファイバを２種類以上用いて構成されても良い。 また個々のカプラ本体が、構造パラメータの異なる２種
以上の光ファイバで構成されていても良い。個々のカプ
ラ本体を構造パラメータの異なる２種以上の光ファイバ
で構成すると、結合度の波長依存性が低下し、分岐、合
流に好適な光カプラを製作できる。 この発明の光カプラを製造するには、複数本の光ファイ
バをこれら光ファイバのクラッドの屈折率よりも低い屈
折率を有するガラス丸棒の表面に添わせて、すなわち接
触した状態で配置し、この後、前記ガラス丸棒と一体で
加熱、融着、延伸する。 またガラス丸棒の表面に光ファイバの位置を決める溝を
設けておくと良い。 このように光カプラを製造する際には、ガラス丸棒の表
面に複数本の光ファイバを隙間なく並べたり、複数本の
光ファイバが互いに隙間なく並べられた光フアイバ群を
各群間には隙間が存在するように配置する。 光フアイバ群間の隙間には、光ファイバのクラッドより
も低い屈折率のガラスからなる部材を配置しても良い。 分岐、合流用光カプラを製造する際には、光カプラの入
射側の１本の光ファイバから光を入射するとき、出射側
の複数のファイバからほぼ均一に分配された光が出力さ
れるように延伸する。 加熱、融着延伸処理を行う際に用いる熱源には、各種の
ものを利用できるが、中でも酸水素火炎などの可燃性ガ
スバーナ、電熱ヒータ、炭酸ガスレーザのようなガスレ
ーザ光が望ましい結果を与える。

【作用】

この発明の光カプラの構造では、カプラ本体に一体に融
着されたガラス丸棒が強度補強部材の役割を果たす。 またこの発明の光カプラでは、ガラス丸棒の屈折率を光
ファイバのコアの屈折率よりも小としているので、ガラ
ス丸棒と一体となったカプラ本体のコアからクラッド内
にしみだした光が、さらにガラス丸棒内にも広がってし
まうのを防止できる。 また本発明の製造方法によれば、光ファイバをガラス丸
棒と共に加熱、融着、延伸するので、多数の光ファイバ
を同時に均一な条件でかつ安定した状態で延伸できる。 ガラス丸棒として、溝あるいは突起の設けられたものを
用いると、加熱融着延伸処理を行う際の光ファイバの位
置をより安定させることができる。

【実施例】

以下実施例に沿って本発明の光カプラおよび製造方法を
詳しく説明する。 （実施例１） 第４図に示すように、直径（Ｒ）２ｍｍ、長さ（Ｌ）が
５０ｍｍのガラス丸棒１−．０を準備した。このガラス
丸棒１０は、ふっ素を添加された石英ガラスからなるも
ので、その屈折率は純粋な石英ガラスと比べて約０３５
％低くなっている。この表面に、第３図に示すように、
２本の光ファイバ４を縦添えした。用いた光ファイバ４
の構造パラメータを、第１表に示す。 第１表 次にこのものを第１図に示すように、２本の酸水素バー
ナ５を用いて上下両側から加熱して、ガラス丸棒ｌＯと
光ファイバ４，４とを互いに融着した。そしてガラス丸
棒１０を長さ方向に引っ張って延伸した。延伸しながら
光ファイバ４．４間の結合の様子をモニターした。モニ
ターは、２本の光ファイバ４のうちの１本の一端から光
を入射して、他方の光ファイバ４の他端で出射光をモニ
ターすることによって行った。この時のモニター結果を
第５図に示す。モニターした光の波長は１゜３μｍと１
．５５μｍである。 モニターをしながら適当な延伸量で延伸を止め、その後
、光カプラ全体を補強した。結果として、得られた光カ
プラは、第１図および第２図に示すように、２本の光フ
ァイバ４が融着延伸部７の部分で一体となったカプラ本
体１２か、融着延伸部７でガラス丸棒ｌＯと一体となっ
たものであった。 この先カプラの一方の光ファイバ４の一端に１゜３μｍ
の光と１．５５μｍの光を同時に入射すると、出射側で
は一方の光ファイバ４から１．３μｍの光が出射し、他
方の光ファイバ４から■、５５ｐｍの光が出射するいわ
ゆるＷ　Ｄ　Ｍ　（Ｗ　ａｖｅｌｅｎｇｔｈＤ　１ｖｉ
ｓｉｏｎ　　Ｍ　ｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　：波長多重
型）であった。この先カプラの波長特性は、第６図に示
す通りであった。また光カプラ中で生ずる過剰損失は約
０．２ｄＢであり、良好な特性であった。 この光カプラでは、カプラ本体１２に一体に融着された
ガラス丸棒ＩＯか強度補強部材の役割を果すので、従来
の融着延伸型ファイバカプラで問題となっていた融着延
伸部７の細りに伴う不安定さを容易に解消することが出
来る。従って、この光カプラは、カプラ本体１２の融着
延伸部７に曲がりが発生しにくく、かつ引っ張り強度の
面でも向上される。またこの光カプラは補強工程での取
り扱いが容易である。 またこの光カプラでは、ガラス丸棒ｌＯの屈折率を光フ
ァイバ４のクラッド４ｂの屈折率よりも小としているの
で、ガラス丸棒１０と一体となったカプラ本体１２のコ
ア４ａからクラッドにしみ出した光が、さらにガラス丸
棒１０にも広がってしまうのを防止できる。従ってこの
先カプラは、損失の少ないものとなる。 またこの製造方法によれば、ガラス丸棒１０と共に光フ
ァイバ４を加熱、融着、延伸したので、光ファイバ４を
均一条件でかつ安定した状態で延伸できた。従ってこの
製造方法によれば、延伸処理工程の歩留りを向上できる
。 （実施例２） 第７図に示すように、ガラス丸棒１０の表面に１対の光
ファイバ４．４を縦添えし、その反対側にもう１対の光
ファイバ４．４を縦添えし、これらを実施例１と同様の
方法で加熱、融着、延伸した。 こうして得られた光カプラは、第８図に示すようにガラ
ス丸棒ＩＯに２つのカプラ本体１２が融着一体化された
ものであった。 この結果従来、個々に作製していたカプラ本体を２個同
時に作製することができた。従ってこの製造方法によれ
ばカプラ本体１信当たりの作製時間を低減でき、製造コ
ストの低減、量産性の向上に寄与することが出来る。 またこの製造方法では、光ファイバ４をガラス丸棒１０
の両側に配置して延伸処理を行ったので、延伸時に加わ
る張力のバランスが向上し、安定した条件で光カプラを
作製できるようになった。 さらに必要に応じて第９図に示すように、ガラス丸棒１
０ｂの表面に、その長さ方向に沿って溝２０を形成して
も良い。これによりファイバの位置決め固定が容易とな
る。またさらに別の方法では、第１Ｏ図に示すように、
溝２０の代わりにカーラス丸棒１０ｃの端部にファイバ
位置決め用のガイド２１を設けても良い。 （実施例３） 構造パラメータの異なる２種類の光ファイバ４を用い、
実施例１．２と同様に光カプラを製作した。 用いた光ファイバ４は、前記第１表に示した構造パラメ
ータを有するものと、下記第２表に示した構造パラメー
タを有するものであった。 第２表 良く知られているように、構造パラメータの異なる光フ
アイバ４間の結合は、光ファイバ４の特性が互いに異な
るため、すなわち固有モードが等しくないため、延伸を
したときの結合は１００％結合を示さず、第１１図に示
すように光ファイバ４のパラメータの差に応じて数十％
の結合度で止まってしまう。また、このとき結合度の波
長特性を調へると第１２図に示すように、波長に対して
かなり平坦な特性を示した。この結果から、この光カプ
ラは、結合度の波長依存性が小さく、分岐、合流用光カ
プラに適したものであることが分かった。 このように、この発明の光カプラは必ずしも同一の光フ
ァイバ４のみからなるものに限らず、複数の種類の光フ
ァイバを用いたものであっても良い。このように異種の
光ファイバ４を用いると興味深い特性を示す光カプラを
得ることができる。 （実施例４） 前記第１表に示した特性を有する２本の光ファイバ４を
一つの群１４とし、第１３図に示すように、４つの光フ
アイバ群１４をガラス丸棒ｌＯの表面に配置した。各光
ファイバ群１４間には隙間を空けて互いに接触しないよ
うにした。このものを実施例１と同様の方法で加熱、融
着、延伸した。 得られた光カプラを構成する各カプラ本体の特性を第１
４図に示す。この図から分かるように、４個のカプラ本
体の特性は、はぼ揃っており、そのばらつきは許容でき
る程度であった。なおばらつきが生じた原因は、延伸時
の加熱条件が４組のカプラ本体の間で若干ばらついてい
たためと思われる。 この実施例の製造方法によっても、多数のカプラ本体を
同時に製造できるので、光カプラの量産性を向上するこ
とができる。 （実施例５） 第１５図に示すように、実施例４と同様に配置された光
フアイバ群１４の間に、ガラス丸棒ｌＯの屈折率とほぼ
等しい屈折率を有するガラスからなるガラス繊維１６を
収め、これを加熱融着延伸して、光カプラを作製した。 得られた光カプラの各カプラ本体の特性は、実施例４の
ものと同様（第１４図参照）であった。 （実施例６） 第１６図に示すように、ガラス丸棒ｌＯの表面に１２本
の光ファイバ４を隙間なく並べ、これを加熱融着延伸し
て、光カプラを作製した。延伸量の調整は、中央の光フ
ァイバから入射した光が、出射側の各光ファイバからで
きる限り均等に串射するように延伸を行った。１２本の
出射ファイバへの光パワーの分配比を第１７図に示した
。このカプラにおいては、いずれのファイバからも入射
光量の約８％の光が出射されるのが望ましいが、結果と
して出射光量は５％〜１１％の範囲でばらついた。しか
しこのばらつき量は許容レベル内であった。これまでは
、このようなＮＸＮ型の光カプラを簡便に作製する方法
がなかったが、本提案により、多少のばらつきを許容す
れば、安価にかつ簡便に作製することが可能となった。 （実施例７） 先の実施例６では、ファイバのパラメータが同−のファ
イバを用いて光カプラを作製したが、この例では、第１
表に示すパラメータのファイバと、第２表に示すパラメ
ータのファイバとを交互に配置し、これを加熱融着延伸
して光カプラを作製した。この光カプラについて、第１
７図に示すように各ファイバ間の結合度のばらつきを測
定したところ、８±２％のばらつきとなった。

【発明の効果】

本発明の光カプラは複数の光ファイバが融着延伸部で一
体化されてなるカプラ本体が、少なくとも融着延伸部で
、光ファイバのクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有
するガラス丸棒の外表面に融着一体化されたことを特徴
とするものである。 このような構成を有す本発明の光カプラでは、カプラ本
体に一体に融着されたガラス丸棒が強度補強部材の役割
を果すので、融着延伸部に曲がりが発生しにくく、かつ
引っ張り強度の面でも向上される。またこの発明の光カ
プラは、前記のようにカプラ本体の融着延伸部の強度が
向上しているので、この融着延伸部を補強する工程での
取り扱いが容易である。 またこの発明の光カプラでは、ガラス丸棒の屈折率を光
ファイバのコアの屈折率よりも小としているので、ガラ
ス丸棒と一体となったカプラ本体のコアからクラッドに
しみ出した光か、さらにガラス丸棒内にも広がってしま
うのを防止できる。 従ってこの発明の光カプラは、損失の少ないものとなる
。 また本発明の光カプラの製造方法は、複数本の光ファイ
バをこれら光ファイバのクラッドの屈折率よりも低い屈
折率を有するガラス丸棒の外表面に添わせて、前記ガラ
ス丸棒と一体で加熱、融着、延伸したことを特徴とする
方法である。このような本発明の製造方法によれば、ガ
ラス丸棒と共に光ファイバを加熱、融着、延伸するので
、多数の光ファイバを同時に均一条件でかつ安定した状
態で延伸できる。従って本発明の製造方法によれば、２
×２型カプラのみならず、ＮＸＮ型スターカプラも製作
可能である。また複数のカプラ本体を同時に製造して、
単位カプラ当たりの製造コストの低減、量産性の向上に
寄与することが出来る。 特にガラス丸棒にファイバ位置ぎめ用の溝あるいは突起
が設けられたものを用いた場合には、光ファイバの位置
ぎめが容易なので、より容易に加熱融着延伸処理を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の光カプラと、これを製造する際の加
熱融着延伸処理工程の状態を示す斜視図である。 第２図は第１図に示す光カプラのＡ−Ａ′線断面図であ
る。 第３図は実施例１の製造方法の１工程を示す斜視図であ
る。 第４図は実施例１で用いたガラス丸棒を示す斜視図であ
る。 第５図は実施例Ｉで光カプラを製造する際の延伸工程で
行ったモニタの結果を示す、結合度と延伸長との関係の
グラフである。 第６図は実施例工で得られた光カプラの特性を示す結合
度と波長の関係のグラフである。 第７図は実施例２の製造方法の１工程を示す断面図であ
る。 第８図は実施例２で得られた光カプラの融着延伸部を示
す断面図である。 第９図および第１０図は実施例１，２の光カプラの変形
例を示す図であって、第９図は第１の変形例の製造方法
の１工程を示す断面図、第１Ｏ図は第２の変形例の製造
方法の１工程を示す斜視図である。 第１１図は実施例３で光カプラを製造する際の延伸工程
で行ったモニタ結果を示す結合度と延伸長の関係のグラ
フである 第１２図は実施例３で得られた光カプラの結合度と波長
の関係を示すグラフである。 第１３図は、実施例４の製造方法の１工程を示す断面図
である。 第１４図は実施例４で得られた光カプラの特性を示す結
合度と波長の関係のグラフである。 第１５図は実施例５の製造方法の１工程を示す断面図で
ある。 第１６図は実施例６の製造方法の１工程を示す断面図で
ある。 第１７図は実施例６で得られた光カプラの特性を示す結
合度とファイバの関係を示すグラフである。 第１８図は導波路型の光カプラを示す斜視図である。 第１９図は従来の光フアイバ型光カプラを製造する際の
加熱延伸工程を示す正面図である。 第２０図はＭＸＮ型光カプラを示す平面図である。 第２１図は、従来の８×８型光カプラの構造を示す平面
図である。 第２２図は従来提案されていた光カプラの量産方法を説
明するための斜視図である。 ４・・・光ファイバ ５・・ガスバーナ ７・融着延伸部 ｌ０１１０ｂＳ　１０ｃ・・・ガラス丸棒１６・・・ガ
ラス繊維 ２０・・溝 ２１・・・ガイド（突起）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光ファイバが融着延伸部で一体化されてな
   るカプラ本体が、少なくとも融着延伸部で、光ファイバ
   のクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有するガラス丸
   棒の表面に融着一体化されていることを特徴とする光カ
   プラ。
2. （２）複数本の光ファイバをこれら光ファイバのクラッ
   ドの屈折率よりも低い屈折率を有するガラス丸棒の表面
   に添わせて、前記ガラス丸棒と一体で加熱、融着、延伸
   したことを特徴とする光カプラの製造方法。
3. （３）表面にファイバ位置決め用の溝あるいは突起が設
   けられたガラス丸棒を用いたことを特徴とする請求項２
   の光カプラの製造方法。